【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種季銨鹽聚合物在熱電材料中的應用，特別地，本專利技術涉及通過新型季銨鹽聚合物對碳納米管的有效分散制備得到熱電材料，使其獲得顯著改進的熱電性能。
技術介紹
1、能源短缺和環境污染問題是關乎人類社會可持續發展且引起世界高度關注的重大課題。人類主要依賴的能源如石油、煤炭和天然氣等傳統化石資源極其寶貴且不可再生，在工業生產和日常生活中，廣泛而嚴重地存在著“熱能無法避免生成但又被廢棄掉”的現象(例如工業余熱、汽車尾氣熱等)；此外，地熱、人體熱等絕大部分也在被白白地浪費。研究和開發清潔能源已成為全球科學研究的重點領域。熱電材料是一種環保型的功能材料，它利用固體內部載流子運動實現熱能和電能直接相互轉換，應用時不需要使用傳動部件，且具有體積小、重量輕、無噪音、無污染、壽命長、易于控制等優點而備受關注。不僅可運用于熱能回收發電、制冷，也可適用于利用體溫的健康監測傳感器。
2、近年來，隨著熱電材料的飛速發展，碳納米管(cnt)因其優異的電荷輸運能力、較大的比表面積、柔性、重量輕、優良的機械強度等特性而一躍成為熱電材料領域的研究熱點。然而，由于碳納米管之間強的團聚性質導致其在有機溶劑或水中都很難均勻分散。而且，即使在分散劑的輔助下形成了較好的分散液，由于其過強的聚集能力其分散性也不能得到長時間的保持。由此可見，碳納米管的分散性問題已經嚴重制約了其應用，發展新型高效的分散劑具有至關重要的科學意義和實用價值。
3、目前用于分散碳納米管的分散劑主要有聚合物型和小分子型。常見的小分子分散劑如十二烷基硫酸鈉(sds)、十
技術實現思路
1、為解決上述技術問題，本專利技術提供如下技術方案：
2、一種季銨鹽聚合物在熱電材料中的應用，所述季銨鹽聚合物的結構式如式ⅰ所示：
3、
4、式i中，r選自氫原子、c1-20烷基、c3-20環烷基、3-20元雜環基、c6-20芳基或5-20元雜芳基；所述c6-10芳基或5-20元雜芳基任選被c1-20烷基、c3-20環烷基取代；
5、當r不為h時，m為取代基r的個數，選自1-5的整數；
6、n選自1-100，例如為10、50、100。
7、示例性地，所述季銨鹽聚合物的結構式如式ⅰ-1所示：
8、
9、式i中，n選自1-100，例如為10、40、50、100。
10、根據本專利技術的實施方案，所述季銨鹽聚合物為白色固體。
11、本專利技術還提供一種熱電材料，所述熱電材料包括分散劑和碳材料，所述分散劑包括上述季銨鹽聚合物。
12、根據本專利技術的實施方案，所述碳材料選自碳納米管。優選地，所述碳納米管選自單壁碳納米管或多壁碳納米管。
13、根據本專利技術的實施方案，所述分散劑和碳材料的質量比為(1～10):1，例如為1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1。
14、根據本專利技術的實施方案，所述熱電材料可以為薄膜。
15、本專利技術還提供上述熱電材料的制備方法，具體包括以下步驟：
16、(1)將所述分散劑加入到有機溶劑中攪拌均勻，得到分散劑溶液；
17、(2)將碳材料加入到步驟(1)得到的分散劑溶液中得到懸浮液；
18、(3)將步驟(2)得到的懸浮液進行脫溶劑處理，得到熱電材料。
19、根據本專利技術的實施方案，步驟(1)中，所述有機溶劑的用量不做具體限定，只要能完全溶解所述分散劑即可。
20、示例性地，所述分散劑和有機溶劑的用量比為(1～50)mg:(1～40)ml，例如為5mg:30ml、25mg:30ml。
21、根據本專利技術的實施方案，步驟(1)，所述有機溶劑選自n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、乙腈，優選地為乙腈。
22、根據本專利技術的實施方案，步驟(2)中，所述碳材料具有如上文所述的含義，優選為碳納米管(例如為單壁碳納米管和/或多壁碳納米管)，進一步優選為單壁碳納米管。
23、根據本專利技術的實施方案，步驟(2)中，所述分散劑與所述碳材料的質量比為10:1～1:1，例如為1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1。
24、根據本專利技術的實施方案，步驟(2)中，所述懸浮液還可以進一步進行超聲分散，例如超聲分散0.5～2h，又例如為0.5～1h。
25、根據本專利技術的實施方案，步驟(2)中，所述懸浮液的固含量不做具體的限定，只要能得到均勻穩定的懸浮液即可，例如固含量為30％～40％。
26、根據本專利技術的實施方案，步驟(3)中，所述脫溶劑處理可選用本領域已知的方法進行。
27、示例性地，所述熱電材料為薄膜時，脫溶劑處理包括：將所述懸浮液進行減壓抽濾，得到黑色固體濾膜；將黑色固體濾膜進行洗滌，干燥。進一步地，所述洗滌選用與步驟(1)所用相同的有機溶劑洗滌，例如洗滌三次。進一步地，所述干燥的條件包括在40～100℃下真空干燥，例如在50℃干燥24h。
28、本專利技術還提供上述季銨鹽聚合物和/或熱電薄膜材料的應用，例如用于熱電領域。
29、有益效果
30、本專利技術提供了一類新型季銨鹽聚合物分散劑，這類材料具有合成方便、成本低廉以及在有機溶劑中有較好溶解性等優點。本專利技術巧妙利用陽離子化合物的均聚反應，制備得到結構新穎、合成簡單的季銨鹽型聚合物，本專利技術利用季銨鹽陽離子型聚合物可作為分散劑應用于碳納米管的分散，通過調節分散劑與碳納米管的比例，可以獲得穩定性較好的碳納米管分散液，極大地改善了碳納米管分散過程中易于團聚的難題，從而制備具有較高熱電性能的碳納米管薄膜，且有效改善碳納米管的熱電性能。本專利技術的季銨鹽陽離子型聚合物豐富了碳納米管陽離子分散劑的種類。
31、本專利技術提供的季銨鹽聚合物是一種非金屬離子型陽離子聚合物分散劑，其在有機溶劑中溶解性較好，可用于制備具有良好分散性的碳納米管分散液。本專利技術的季銨鹽聚合物的合成方法操作簡便、成本低、效率高且環境友好，便于規模制備。
32、本專利技術還提供了一種操作方便、綠色環保的熱電薄膜材料制備方法，有效改善了碳納米管薄膜的熱電性能。
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1.一種季銨鹽聚合物在熱電材料中的應用，其特征在于，所述季銨鹽聚合物的結構式如式Ⅰ所示：
2.根據權利要求1所述的應用，其特征在于，所述季銨鹽聚合物的結構式如式Ⅰ-1所示：
3.根據權利要求1或2所述的應用，其特征在于，所述季銨鹽聚合物為白色固體。
4.一種熱電材料，其特征在于，所述熱電材料包括分散劑和碳材料，所述分散劑包括權利要求1-3任一項中所述的季銨鹽聚合物。
5.根據權利要求4所述的熱電材料，其特征在于，所述碳材料選自碳納米管。
6.根據權利要求4或5所述的熱電材料，其特征在于，所述分散劑和碳材料的質量比為(1～10):1。
7.權利要求4-6任一項所述的熱電材料的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟：
8.根據權利要求要求7所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述分散劑和有機溶劑的用量比為(1～50)mg:(1～40)mL。
9.根據權利要求要求7或8所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述分散劑與所述碳材料的質量比為10:1～1:1。
10.權利要
...【技術特征摘要】
1.一種季銨鹽聚合物在熱電材料中的應用，其特征在于，所述季銨鹽聚合物的結構式如式ⅰ所示：
2.根據權利要求1所述的應用，其特征在于，所述季銨鹽聚合物的結構式如式ⅰ-1所示：
3.根據權利要求1或2所述的應用，其特征在于，所述季銨鹽聚合物為白色固體。
4.一種熱電材料，其特征在于，所述熱電材料包括分散劑和碳材料，所述分散劑包括權利要求1-3任一項中所述的季銨鹽聚合物。
5.根據權利要求4所述的熱電材料，其特征在于，所述碳材料選自碳納米管。
6.根據權利要求4或5...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李會平，高彩艷，樊新衡，陳治平，楊聯明，
申請(專利權)人：中國科學院化學研究所，
類型：發明
國別省市：
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